Characterization of MHC class II variation in feral pigeons – copy number variation, polymorphism, and selection

يحمل كل حيوان ذي عمود فقري ويمتلك فكوكاً نظام أمن داخلي متطور مصمم للتعرف على الغزاة. وفي قلب هذا النظام تكمن مجموعة محددة من الجينات تُعرف باسم "معقد التوافق النسيجي الكبير". تخيل أن هذه الجينات هي بمثابة المخططات لبطاقات تعريف يرتديها سطح الخلايا. تعرض هذه البطاقات قطعاً صغيرة من البروتينات، حيث تعمل كتقرير مرئي (شهادة تقييم) يخبر الجهاز المناعي ما إذا كانت الخلية جزءاً سليماً من الجسم أم دخيلاً غريباً يحمل فيروساً أو بكتيريا. وإذا تعرّف الجهاز المناعي على البطاقة كشيء غريب، فإنه يشن هجوماً للقضاء على التهديد. ولأن عالم مسببات الأمراض يتغير باستمرار، يجب أن تكون بطاقات التعريف هذه متنوعة للغاية. فلو كان لكل فرد في النوع نفسه نفس تصميم البطاقات تماماً، لتمكن مرض واحد جديد من إبادة الجمهرة بأكملها. وبدلاً من ذلك، تفضل الطبيعة وجود تنوع واسع في تصميمات البطاقات، مما يضمن أن بعض الأفراد سيتمكنون دائماً من التعرف على التهديدات الجديدة ومحاربتها.

بينما درس العلماء هذه الأنظمة الجينية بالتفصيل لدى البشر والحيوانات المزرعية مثل الدجاج، ظل الحمام المستأنس لغزاً في هذا الصدد. فهذه الطيور موجودة في كل مكان في مدننا، ومع ذلك لم يتم رسم خرائط جيناتها المناعية بدقة. وقد سعى فريق من الباحثين لسد هذه الفجوة من خلال فحص جينات المناعة لدى الحمام البري الذي يعيش في خمس مدن رئيسية في بولندا. ركزوا على جزء محدد من الجهاز المناعي مسؤول عن محاربة مسببات الأمراض خارج الخلوية، مع التدقيق في عدد نسخ هذه الجينات التي يحملها كل طائر ومدى التنوع الموجود داخل تلك النسخ. وتكشف أعمالهم أن هذه الطيور الشائعة في المدن تمتلك بنية جينية أكثر تعقيداً مما كان يُفترض سابقاً، حيث يحمل الأفراد أعداداً مختلفة من نسخ الجينات المناعية ويظهرون أنماطاً متميزة من التطور بين عائلتين جينيتين قديمتين.

قام الباحثون بالإمساك بـ 200 حمامة من غدانسك، وكراكوف، ولودز، ووارسو، وبروشلاو، وجمعوا عينات دم صغيرة من كل حمامة. ثم استخدموا تقنيات تسلسل الحمض النووي المتقدمة للنظر في سلالتين محددتين من الجينات المناعية، والمعروفتين باسم DAB1 وDAB2. وهما نسختان قديمتان من نفس العائلة الجينية اللتين تم الحفاظ عليهما عبر أنواع الطيور لملايين السنين. لم يكتفِ الفريق بعدّ كم عدد النسخ المختلفة من هذه الجينات فحسب، بل حاولوا أيضاً معرفة عدد نسخ كل جين الموجودة في الحمض النووي لطائر واحد. وتعد هذه مهمة صعبة لأن اختبارات الحمض النووي القياسية غالباً ما تواجه صعوبة في التمييز ما إذا كان الطائر يمتلك نسخة واحدة من الجين أم عدة نسخ، خاصة عندما تكون تلك النسخ متشابهة جداً. ومن خلال تحليل أنماط التسلسلات الجينية بعناية، تمكن الباحثون من إعادة بناء التركيبة الجينية المحتملة لكل طائر.

وجدوا أن الحمام يحمل قدراً متوسطاً من التنوع في جيناته المناعية. وعبر المجموعة بأكملها، حدد الفريق 19 نسخة مختلفة من جين DAB1 و24 نسخة مختلفة من جين DAB2. ومع ذلك، لم يكن الاكتشاف الأكثر إثارة للدهشة هو التنوع فحسب، بل كان عدد النسخ أيضاً. بدا أن معظم الطيور تمتلك نسخة واحدة من كل سلالة جينية، وهو المتوقع قياسياً. لكن عدداً كبيراً من الأفراد حمل نسخاً إضافية؛ فقد امتلكت بعض الطيور ثلاث نسخ من جين DAB1، بينما امتلكت طيور أخرى ما يصل إلى ثلاث نسخ من جين DAB2. وهذا يعني أنه ضمن النوع نفسه، يمتلك طيور مختلفون أعداداً مختلفة من هذه الجينات المناعية الحرجة. وقد حدد الباحثون أن هذه النسخ الإضافية لم تكن أخطاء عشوائية، بل كانت جزءاً من حزم جينية محددة، أو "هابلوتايبات" (أنماط فردانية)، ورثها بعض الطيور. وفي الواقع، وجدوا أن بعض الحمام يحمل حزمة جينية واحدة بها نسخة جينية واحدة وحزمة أخرى بها ثلاث نسخ جينية، مما يؤدي إلى إجمالي أربع نسخ في ذلك الفرد.

كما كشفت الدراسة أن هاتين السلالتين الجينيتين القديمتين، DAB1 وDAB2، تتطوران بطرق مختلفة. فرغم أنهما مرتبطتان، إلا أنهما سلكتا مسارات متميزة. أظهرت سلالة DAB2 إشارة أقوى من "الانتخاب التنوعي"، وهو الضغط التطوري الذي يبقي الجهاز المناعي متغيراً للتعرف على مسببات الأمراض الجديدة. وهذا يشير إلى أن DAB2 تحت ضغط شديد للبقاء متنوعاً وقابلاً للتكيف. وفي المقابل، أظهرت سلول DAB1 إشارة أقوى لعملية "العبور الوراثي" (الارتباط)، وهي عملية يتم فيها تبادل المادة الوراثية بين النسخ لإنشاء تركيبات جديدة. وهذا يشير إلى أن DAB1 يعتمد أكثر على خلط المادة الوراثية الموجودة لخلق التنوع، بينما يعتمد DAB2 على تراكم التغييرات الجديدة. علاوة على ذلك، وجد الباحثون أن النسخ الجينية الإضافية في الحمام لم تكن متنوعة للغاية؛ إذ كانت تميل إلى أن تكون مشابهة جداً للنسخة الرئيسية، مما يشير إلى أنها كانت إضافات حديثة نسبياً إلى الجينوم ولم يتسنَّ لها الوقت لتطوير هوياتها الفريدة.

تشير هذه النتائج إلى أن التباين في عدد نسخ الجينات المناعية ليس حادثاً نادراً، بل قد يكون سمة شائعة في الطيور. وحقيقة أن هذا التباين موجود في الحمام البري، الذي لديه تاريخ طويل من العيش بجانب البشر والتكيف مع البيئات الحضرية، يسلط الضوء على تعقيد أنظمته المناعية. وأشار الباحثون إلى أن التنوع الجيني العام في هذا الحمام كان منخفضاً نسبياً، وهو ما يتماشى مع ما هو معروف عن تاريخ الاستئناس واختناقات الجمهرة التي تعرضت لها. ورغم هذا التنوع المنخفض، فإن وجود نسخ جينية متعددة في بعض الأفراد يضيف طبقة من التعقيد يمكن أن تساعدهم على البقاء في بيئات المدن الغنية بمسببات الأمراض. وتخلص الدراسة إلى أن الحمام المستأنس يعد نموذجاً قيماً لفهم كيفية تطور الأنظمة المناعية، لا سيما في كيفية مساهمة تضاعف الجينات والتباين في القدرة على محاربة الأمراض. ومن خلال الكشف عن أن هذه الطيور الشائعة تحمل أعداداً مختلفة من الجينات المناعية، يفتح هذا البحث الباب أمام مزيد من الاستقصاء حول كيفية تأثير هذه الاختلافات الجينية على صحة كل من الطيور والبشر الذين يعيشون بالقرب منها.